Учёные из Донского государственного технического университета, Сеченовского университета и Вагенингенского университета (Нидерланды) создали программу KEGGaNOG, которая автоматизирует анализ метаболизма бактерий. Этот инструмент способен за несколько минут определить, какие полезные вещества — например, витамины — может вырабатывать тот или иной микроорганизм. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Molecular Nutrition & Food Research.
Программа уже используется исследователями по всему миру и помогает превратить генетические данные в «метаболическую карту» бактерий. По словам руководителя проекта Игоря Попова, идея разработки возникла, когда исследователи столкнулись с трудностями при анализе микробных сообществ кишечника летучих мышей. «Нам нужен был надёжный и воспроизводимый метод для быстрой оценки метаболического потенциала бактерий — так появился KEGGaNOG», — пояснил он.
Система объединяет функции двух уже существующих биоинформатических платформ — eggNOG-mapper и KEGG-Decoder. Первая используется для аннотирования генов, то есть определения их функций. KEGGaNOG автоматически извлекает результаты из eggNOG-mapper, сопоставляет их с метаболическими реакциями и передаёт данные в KEGG-Decoder, который рассчитывает, насколько полно в геноме представлены биохимические пути, ответственные за синтез витаминов, ферментов и других соединений.
Результаты анализа визуализируются в виде тепловых карт и графов, позволяя исследователям буквально «увидеть», какие участки метаболизма работают, а какие отсутствуют. Такой подход значительно ускоряет и упрощает работу, которая раньше занимала недели ручного анализа и интерпретации данных.
Применение в биотехнологиях и микробной экологии
KEGGaNOG уже протестировали на геномах одиннадцати бактериальных штаммов, включая бифидо- и лактобактерии, которые используются при производстве пробиотиков. Инструмент подтвердил известные метаболические особенности этих микроорганизмов и выявил различия между ними — например, по способности синтезировать определённые витамины.
Это открывает путь к более точному подбору штаммов для создания функциональных продуктов и биодобавок, а также для производства ферментов, антибиотиков и других веществ, востребованных в фармацевтике и пищевой промышленности. Кроме того, разработка поможет микробиологам изучать роль бактерий в экосистемах и круговороте веществ.
Аспирант Донского политеха Илья Попов отметил, что программа уже заинтересовала международное научное сообщество: число её установок приближается к 30 тысячам. Команда планирует регулярно обновлять функциональность инструмента и развивать новые биоинформатические решения, ориентированные на воспроизводимый анализ микробиомных данных.
